CN114123191A - 一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法。利用配电变压器与用户的实时电压、电流有效值以及有功、无功功率等数据，建立城市及乡村的模型来实现低压配电网络内的线路参数辨识，具体的步骤包括如下：首先分类待规划低压配电网，建立其拓扑结构模型并对网络进行内部分块；然后利用配电变压器与用户的功率、电量、电压数据，根据用户与用户之间的关系建立阻抗约束和回溯潮流上游父节点阻抗约束模型；最后，通过对模型的求解，得到网络内部划分模块内阻抗估计情况，并通过阻抗变量扩展至全网络回溯解析模型，求解后得到该低压配电网内的阻抗估计。

Description

一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法

技术领域

本发明涉及智能配电网的技术领域，尤其涉及一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法。

背景技术

中低压配网是供电系统连接用户的纽带，也是城市基础设施建设的重要组成部分。随着经济快速发展，为了满足用户侧迅速增长的负荷需求，中低压配电网特别是低压配电网的规模和结构越发庞大复杂，电压波动严重、电能质量不合格、台区拓扑结构不清晰等问题随之加重，并且光伏等分布式电源接入的随机性、分散性等现象导致了逆向潮流，加重了低压配电网三相不平衡。低压配电网运行控制与管理越来越受到重视。

区别于主网和高、中压配电网，低压配电网一般未安装线路监测单元，整个网络内部为一个数据黑盒，该情况增加了线路参数计算难度。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，包括如下步骤，建立典型城市低压配电网，典型城市低压配电网的拓扑结构通常呈现树状，由变压器、断路器、刀闸、熔断器、分接箱、表箱等组成，并安装无功补偿装置，使得用户全部位于低压配电网的末端；建立典型农村配网拓扑结构，典型农村配网拓扑结构通常呈干线式，将馈线通过电杆向下游铺设，使电能于电杆通过引线至各相用户。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：电网拓扑结构进行简化并三相分相后得到的结果，又进一步分为城市低压配电网单相简化拓扑结构和农村低压配电网单相简化拓扑结构，定义潮流解析模块Φm，其中Φm可表示为{m|jm1，jm2，…，jmp}，后文简称为模块，其内部多个子节点jm1，jm2，…，jmp分布在同一个父节点m下。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：对于城市配电网模块，其分布特点为下游模块的父节点作为上游模块子节点，模块间相互镶嵌，网络底部模块包含用户。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：对构造的低压配电网单相简化拓扑结构，利用用户同时间断面的量测数据构建户户间潮流方程。在Φm内以父节点m的电压有效值作为中间变量，任意用户jmi与父节点m的电气关系可表示为：

Z_i＝R_i+jX_i

其中为t时刻父节点m的电压；为父节点m下用户支路jmi的阻抗；、分别为用户jmi在t时刻的电压和流过支路jmi的电流。

Ri与Xi在时间t上的简化方程为：

用户jmi、jml之间时序方程：

并且，通过用户时序方程的叠加，求得对应的用户支路阻抗解集。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：基于潮流回溯解析的分支支路阻抗解析就是在统一求解模块内父节点电压伪量测量以及功率伪量测量后，针对两种典型低压配电网的回溯差异性，通过两种不同的回溯方法进一步计算城市配电网分支支路阻抗以及农村配电网的分支支路阻抗，完成对低压配电网线路阻抗的辨识。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：求解父节点的电压：

包括如下项：

式中：Jm为Φm内所有用户节点；Vm·Jmt、为t时刻从Jm计算至点m的电压，用电压均值作为节点m在t时刻的电压；λ为Φm内用户节点数。作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：求得父节点m的注入功率的公式为：

式中：Pmt、Qmt为Φm内点m的注入功率；公式等号右边第1项分别为Φm内所有用户节点的有功、无功功率和，第2项分别为Φm内所有用户支路有功、无功功率损耗；第3项为流向Φm下游模块的功率。

作为本发明所述基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的一种优选方案，其中：求得分支支路m的Xm与父节点n的注入功率的公式为：

直接求解关于Rm的时序方程，并通过时序叠加得到Rm的解集，即可求得分支支路m的Xm与父节点n的注入功率。

本发明的有益效果：与现有的技术相比，本发明不需要线路潮流、相角等数据，也不需要添加额外的硬件设备，仅利用量测数据来实现低压配电网线路参数的辨识，估计准确率高，能够很好地应用于工程实际。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法的整体流程图。

图2为本发明基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法所述的典型城市低压配电网的拓扑结构示意图。

图3为本发明基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法所述的典型农村低压配电网的拓扑结构示意图。

图4为本发明基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法所述的城市低压配电网单相简化拓扑结构示意图。

图5为本发明基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法所述的农村低压配电网单相简化拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1，本发明公开了一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，包括如下步骤：

(1)分类待规划低压配电网是指辨别目标配电网的铺设架构、终端用户类型、用途等特性，进一步分类为典型城市低压配电网或典型农村配网拓扑结构。典型城市低压配电网的拓扑结构通常呈现树状，由变压器、断路器、刀闸、熔断器、分接箱、表箱等组成，并装有无功补偿装置，用户全部位于低压配电网的末端，如图2所示；典型农村配网拓扑结构通常呈干线式，如图3中所示。其中，1#、2#两条馈线通过电杆向下游铺设，电能于电杆通过引线至各相用户。

(2)对低压配电网进行三相分相并简化。低压配电网的三相分相是指低压配电网可以按输电线、用户等特性拆分成三个独立单相网络，其中，三相用户可依据智能电表三相数据拆分成三个等效单相用户。由于低压配电网三相不平衡，使得分支节点的三相电压不相等，故建立单相简化拓扑结构是为了便于针对单相网络开展线路参数辨识，可以避免低压配电网三相不平衡带来的影响。

城市低压配电网单相简化拓扑结构的建立。城市低压配电网单相简化拓扑结构如附图4所示。其中，1号节点为低压配电变压器，红色框为潮流解析模块Φm，其中Φm可表示为{m|jm1，jm2，…，jmp}，后文简称为模块，其内部多个子节点jm1，jm2，…，jmp分布在同一个父节点m下。对于城市配电网模块，其分布特点为下游模块的父节点作为上游模块子节点，模块间相互镶嵌，网络底部模块包含用户。

农村低压配电网单相简化拓扑结构如附图5所示。对于农村配电网模块，其分布特点为各模块间以馈线相连，各模块内均含有用户。

(3)对(2)构造的低压配电网单相简化拓扑结构，利用用户同时间断面的量测数据构建户户间潮流方程。

寻找模块内父节点和任意用户的电气关系。在Φm内以父节点m的电压有效值作为中间变量，任意用户jmi与父节点m的电气关系可表示为：

Z_i＝R_i+jX_i

式中：

为t时刻父节点m的电压；Z_i为父节点m下用户支路jmi的阻抗；

分别为用户jmi在t时刻的电压和流过支路jmi的电流。

通过找到的父节点和任意用户的电气关系，通过支路阻抗比，进一步写出用户之间的时序方程。通过查找低压配电网电缆或架空线型号可得到支路电阻R与电抗X的线性关系式：

X＝kR

式中k为线路阻抗比。由此可以得到Ri与Xi在时间t上的简化方程为：

进一步地，有消去父节点m对应的，得到用户jmi、jml之间时序方程：

式中f_il·t为关于用户支路i和l上电阻Ri和Rl在t时刻的时序方程。

通过用户时序方程的叠加，求得对应的用户支路阻抗解集。用户的支路阻抗Ri可由在Φm内p个用户(不包括jmi)在q个时间断面下关于用户jmi时序叠加矩阵中任意两个时序方程构成的时序叠加方程组直接求解，Ri解集中解的总数可通过矩阵各行累加获得。对于模块Φm内的所有用户均可组成各自的时叠加矩阵，并获得对应用户支路阻抗解集。

(4)在统一求解模块内父节点电压伪量测量以及功率伪量测量后，针对两种典型低压配电网的回溯差异性，通过两种不同的回溯方法进一步计算城市配电网分支支路阻抗以及农村配电网的分支支路阻抗，完成对低压配电网线路阻抗的辨识。

模块内父节点电压伪量测量求解。将步骤3中得到的用户支路阻抗和智能电表量测数据作为已知条件，可求得各含用户模块内父节点的电压为：

式中：Jm为Φm内所有用户节点；Vm·Jmt为t时刻从Jm计算至点m的电压，用电压均值作为节点m在t时刻的电压；λ为Φm内用户节点数。

模块内父节点功率伪量测量求解。可求得父节点m的注入功率为：

式中：Pmt、Qmt为Φm内点m的注入功率；式(15)、(16)等号右边第1项分别为Φm内所有用户节点的有功、无功功率和，第2项分别为Φm内所有用户支路有功、无功功率损耗；、为流向Φm下游模块的功率。

对于城市配电网不含用户的模块，其父节点的功率计算只需将已求得注入功率的子节点看作是虚拟用户，计算方法与含用户模块相同。

分支支路阻抗回溯计算。由于城市配电网中分支支路阻抗的计算在各模块内进行，其结构与城市配电网中含用户模块相同。因此，由步骤3中得到的数值分别求得Φm、Φn内节点m、n电压伪量测及节点m、n注入功率伪量测，同时在Φs中可构建二者的时序叠加矩阵，求解分支支路m与n的阻抗。进而继续向上游构建新的模块直至所有支路阻抗求解完成。

在已求得电压、功率伪量测的末端父节点m与其相邻上游电压伪量测已知的父节点n之间可得方程：

直接求解关于Rm的时序方程，并通过时序叠加得到Rm的解集，即可求得分支支路m的Xm与父节点n的注入功率。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：包括如下步骤，

建立典型城市低压配电网，典型城市低压配电网的拓扑结构通常呈现树状，由变压器、断路器、刀闸、熔断器、分接箱、表箱等组成，并安装无功补偿装置，使得用户全部位于低压配电网的末端；

建立典型农村配网拓扑结构，典型农村配网拓扑结构通常呈干线式，将馈线通过电杆向下游铺设，使电能于电杆通过引线至各相用户。

2.如权利要求1所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：电网拓扑结构进行简化并三相分相后得到的结果，又进一步分为城市低压配电网单相简化拓扑结构和农村低压配电网单相简化拓扑结构，定义潮流解析模块Φm，其中Φm可表示为{m|jm1,jm2,…,jmp}，后文简称为模块，其内部多个子节点jm1,jm2,…,jmp分布在同一个父节点m下。

3.如权利要求2所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：对于城市配电网模块，其分布特点为下游模块的父节点作为上游模块子节点，模块间相互镶嵌，网络底部模块包含用户。

4.如权利要求1或2所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：对构造的低压配电网单相简化拓扑结构，利用用户同时间断面的量测数据构建户户间潮流方程。在Φm内以父节点m的电压有效值作为中间变量，任意用户jmi与父节点m的电气关系可表示为：

Z_i＝R_i+jX_i

其中为t时刻父节点m的电压；为父节点m下用户支路jmi的阻抗；、分别为用户jmi在t时刻的电压和流过支路jmi的电流。

Ri与Xi在时间t上的简化方程为：

用户jmi、jml之间时序方程：

f_il.t:

并且，通过用户时序方程的叠加，求得对应的用户支路阻抗解集。

5.如权利要求4所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：基于潮流回溯解析的分支支路阻抗解析就是在统一求解模块内父节点电压伪量测量以及功率伪量测量后，针对两种典型低压配电网的回溯差异性，通过两种不同的回溯方法进一步计算城市配电网分支支路阻抗以及农村配电网的分支支路阻抗，完成对低压配电网线路阻抗的辨识。

6.如权利要求5所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：求解父节点的电压：

包括如下项：

式中：Jm为Φm内所有用户节点；Vm·Jmt、为t时刻从Jm计算至点m的电压，用电压均值作为节点m在t时刻的电压；λ为Φm内用户节点数。

7.如权利要求6所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：求得父节点m的注入功率的公式为：

式中：Pmt、Qmt为Φm内点m的注入功率；公式等号右边第1项分别为Φm内所有用户节点的有功、无功功率和，第2项分别为Φm内所有用户支路有功、无功功率损耗；第3项为流向Φm下游模块的功率。

8.如权利要求7所述的基于潮流分块回溯解析的低压配电网线路参数辨识方法，其特征在于：求得分支支路m的Xm与父节点n的注入功率的公式为：

f_mn·t:

直接求解关于Rm的时序方程，并通过时序叠加得到Rm的解集，即可求得分支支路m的Xm与父节点n的注入功率。

Images